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压力分散型锚索锚固机理及锚固段设计方法研究

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压力分散型锚索锚固机理及锚固段设计方法研究

作者：陈琛武汉理工大学

学位级别：硕士

压力分散型锚索自研究开发成功以来,已经逐渐被应用于水利、交通等各个领域中,对软岩和承载力较低的土体的永久性加固起到了巨大的作用。但其理论研究还落后于工程实践,设计计算方法还不成熟,有许多问题需要进一步研究和探讨。因此深入... 详细信息

压力分散型锚索自研究开发成功以来,已经逐渐被应用于水利、交通等各个领域中,对软岩和承载力较低的土体的永久性加固起到了巨大的作用。但其理论研究还落后于工程实践,设计计算方法还不成熟,有许多问题需要进一步研究和探讨。因此深入研究其作用机理和合理的设计方法来指导锚索的合理化施工,对提高我国岩土工程的预应力锚固理论及实际应用技术具有十分重要的意义。本文依托二广高速公路(粤境)怀集至三水段边坡加固工程,以该公路工程中加固边坡的压力分散型锚索为研究对象,采用室内模型试验、理论分析与数值模拟分析相结合的方法对压力分散型锚索锚固机理展开研究,并基于数值分析研究了注浆体与围岩孔壁间剪应力的分布状态上,提出了压力分散型锚索锚固段设计新方法。首先,从试验、数值分析及理论研究三方面综述了预应力锚索,特别是压力分散型锚索的研究进展,详细介绍了压力分散型锚索的结构与受力特点、与普通拉力型锚索的区别、自身优点及使用范围。其次,结合室内模型试验及数值模拟,对压力分散型锚索锚固段作用机理进行了分析,结果表明：(1)在锚索预应力相同的情况下,随着围岩体强度的增大,注浆体与岩体孔壁间的剪应力峰值也随之增大,锚固段有效长度减小;注浆体轴应力峰值随着围岩体强度的增加而增大,且注浆体轴力有效长度也逐渐减小。(2)压力分散型锚索注浆体与围岩孔壁间剪应力在承压板处存在一个初始应力,最大值在距离承压板0.05m左右的地方;注浆体与围岩孔壁间剪应力曲线分布有两种形式。最后,在综合国内外关于预应力锚索设计方法的基础上,结合室内试验和数值模拟的成果,提出了在不同预应力、不同界面粘结力条件下,针对注浆体与围岩孔壁间剪应力分布的两种曲线形式,分别给出了压力分散型锚索单元锚固长有效长度与锚索极限承载力的设计公式。

关键词：压力分散性锚索剪应力分布锚固段设计方法

锚固系统应力传递规律及内锚固段设计方法研究

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锚固系统应力传递规律及内锚固段设计方法研究

作者：冯金健中南大学

学位级别：硕士

为探索预应力锚索荷载在坡面和内锚固段的传递规律及其更加符合实际的锚固段长度设计计算方法,本文采用多种手段和方法,对预应力锚索的力学传递过程进行了系统深入的分析和研究。主要研究内容如下: 1.基于弹性力学的空间半无限体理论,... 详细信息

为探索预应力锚索荷载在坡面和内锚固段的传递规律及其更加符合实际的锚固段长度设计计算方法,本文采用多种手段和方法,对预应力锚索的力学传递过程进行了系统深入的分析和研究。主要研究内容如下: 1.基于弹性力学的空间半无限体理论,对单锚、群锚预应力在坡面岩土体中的传递规律进行了研究,分析锚墩尺寸、预应力大小、锚索间距等因素对应力分布形态的影响,并采用FLAC数值分析软件进行验证。 2.根据群锚应力分布规律,阐明锚固应力外墙的概念,提出锚固应力外墙有效厚度的计算公式,探讨锚索间距及无应力十字锥区的加固设计方法。 3.研究内锚固段界面剪应力分布规律,分析不同荷载、锚固体直径、岩体性质等对应力分布形态的影响;考虑界面破裂后锚索的极限抗拔力。 4.对现行岩锚界面粘结强度的确定方法进行比较研究,考虑了孔壁粗糙度及高压注浆对岩锚界面粘结强度的影响,提出相应的修正公式。 5.利用理论分析结果对传统的基于锚固段剪应力是均匀分布假设的锚索设计计算方法进行了修正,提出了一种关于锚索锚固段长度设计计算新方法。

关键词：预应力锚索力学传递规律锚固应力外墙剪应力分布岩锚界面粘结强度锚固段长度设计方法

偶应力理论下全长粘结式锚杆拉拔特性数值分析

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偶应力理论下全长粘结式锚杆拉拔特性数值分析

作者：吴延峰山东大学

学位级别：硕士

锚杆锚固技术广泛应用于边坡、隧道和矿井等领域中。由于锚杆锚固工程本身的复杂性以及受地理环境、岩土种类和分布区域等因素的影响,目前的锚杆锚固机理、设计理论都不够完善。锚杆锚固段界面剪应力分布规律是锚杆设计研究的重点,它直... 详细信息

锚杆锚固技术广泛应用于边坡、隧道和矿井等领域中。由于锚杆锚固工程本身的复杂性以及受地理环境、岩土种类和分布区域等因素的影响,目前的锚杆锚固机理、设计理论都不够完善。锚杆锚固段界面剪应力分布规律是锚杆设计研究的重点,它直接影响锚固效果。锚固段界面上的剪应力在界面附近的岩土体中会引起较大的应变梯度。传统的连续介质理论没有考虑应变梯度的影响,不能很好地解释锚固段附近岩土体中出现的弯曲变形及破坏现象。偶应力理论引进弯曲曲率,考虑了弯曲效应对介质变形特性的影响。根据理论分析,得出偶应力理论的基本方程,与有限元方法结合,基于Matlab软件编写基于偶应力理论的有限元分析程序;并通过简单悬臂梁的算例来验证程序的正确性。基于偶应力理论,建立了平面应变问题的有限元计算模型,研究全长粘结式锚杆锚固段界面上的剪应力分布、界面附近的边界层效应和偶应力的尺度效应,并将偶应力理论的计算结果和经典弹性理论的计算结果进行比较。结果表明：在偶应力理论下,锚固段界面的剪应力和剪应变有所减小,特别是峰值处的剪应力减小明显;界面处的剪应力不再连续;界面附近的剪应变突变有所改善,出现了一个过渡区域。分析了特征长度、第二剪切模量、岩土体弹性模量和围压对锚固界面的受力特性的影响。结果表明：特征长度对锚固界面剪应力、剪应变有一定的影响,特征长度减小,过渡区域变小,而应变梯度增大;第二剪切模量对剪应力、剪应变分布的影响不明显。岩土越松软弹性,模量越小,受到的最大剪应力就越小;反之,岩土越坚硬,弹性模量越大,受到的剪应力则越大。围压越大,锚杆的剪应力得到明显的减少,在峰值的地方偶应力尺度效应尤为明显。

关键词：全长粘结式锚杆偶应力有限元法剪应力分布尺度效应

特高压输电线路基础立柱裂缝成形机理及其防范措施研究

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特高压输电线路基础立柱裂缝成形机理及其防范措施研究

作者：胡明誉南昌大学

学位级别：硕士

近年来,特高压输电技术得到了大力发展。特高压输电线路档距大,导、地线荷载大,导致特高压输电铁塔具有塔身高、连接刚度大、上部荷载大、基础作用力大等特性。皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程中已经出现了特高压基础开裂现象... 详细信息

近年来,特高压输电技术得到了大力发展。特高压输电线路档距大,导、地线荷载大,导致特高压输电铁塔具有塔身高、连接刚度大、上部荷载大、基础作用力大等特性。皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程中已经出现了特高压基础开裂现象,特高压基础的荷载是通过基础和锚固于基础中的地脚螺栓传递给地基的,可以想象地脚螺栓与基础之间的相互作用是十分巨大的,这也是导致基础开裂的主要因素。本文通过深入分析地脚螺栓与基础之间的相互作用,找出基础裂缝的成形机理,并给出防止裂缝产生的有效措施,开展了以下研究工作:(1)地脚螺栓与基础的作用从宏观来看可以看成一个集中力作用在一个无限域上,为此本文给出了半空间体在边界上作用一上拔力时的应力场和位移场,为研究基础立柱的裂缝成形机理提供了理论依据;(2)塔腿的上拔力是通过地脚螺栓传递给基础的,理论解和有限元解均表明,地脚螺栓和混凝土界面间粘结力的分布是极不均匀的,本文提出了受力比和有效锚固长度的概念,结合工程实例开展了相应的数值仿真工作,理论解和有限元解吻合较好,验证了本文提出的集中力作用在半空间体上的理论解的适用性;(3)首次提出了三种能够大幅度提高有效锚固长度、降低锚固界面剪应力峰值的方案:锥形浇筑方案、内筒井字筋浇筑方案和内筒十字筋浇筑方案。研究结果表明,三种方案切实可行,其对锚固体系工作性能的改善作用均得到了有限元的有效验证;(4)进行了地脚螺栓抗拔承载力的模型试验,开展了锥形浇筑方案的模型试验,试验结果和理论分析结果吻合较好,为即将开展的地脚螺栓抗拔承载力足尺试验提供了可靠的支持。本文借助于理论分析、数值计算、试验研究等方法,找出了特高压地脚螺栓与基础相互作用产生裂缝的原因,给出了三种能够有效预防基础开裂的技术措施,研究成果可用于指导特高压基础立柱的抗裂性设计。

关键词：基础裂缝成形机理剪应力分布新型锚固方法

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沥青混凝土桥面铺装斜剪试验的研究

沥青混凝土桥面铺装斜剪试验的研究

作者：程伟蔚大连理工大学

学位级别：硕士

近年来,世界各国对桥面铺装层的研究越来越多,但大都集中在沥青混凝土铺装层的数值模拟、材料应用及层间防水粘结层等方面,对铺装层层间受力状态的分析还很少。本文的目的就是通过对室内斜剪试验的分析,能够得到荷载作用下铺装层的受力... 详细信息

近年来,世界各国对桥面铺装层的研究越来越多,但大都集中在沥青混凝土铺装层的数值模拟、材料应用及层间防水粘结层等方面,对铺装层层间受力状态的分析还很少。本文的目的就是通过对室内斜剪试验的分析,能够得到荷载作用下铺装层的受力状态,为实际工程设计提供参考。首先,研究总结了国内外关于水泥混凝土桥沥青铺装层的研究概况,结合国内外水泥混凝土桥沥青铺装层的调查资料,对桥面铺装的破坏形式进行分类,并从设计、材料、环境、施工等方面对破坏原因进行了分析。其次,本文使用ANSYS通用有限元方法对桥面铺装模型进行分析并得出它们的应力应变分布。在分析中发现防水粘结层及铺装层上层是铺装体系的薄弱位置,在设计时应考虑对沥青混凝土铺装层及防水粘结层的抗剪强度要求。因此设计了五种试验方案,以期能够反映试件防水粘结层及铺装层的层间抗剪性能。并对这五种斜剪试验的试验方法的合理性进行评价。通过对试验方案的有限元分析发现能够较好的反映出防水粘结层及铺装层的抗剪性能。同时,计算了沥青混凝土面层及粘结层厚度和模量的改变对试件的受力状态的影响,为选择合理的沥青铺装层提供了理论依据。分析结果显示,铺装层厚度的增加和上下层模量比的增加都能够改善桥面铺装受剪情况,粘结层材料采用环氧沥青比SBS改性沥青,铺装层具有更好的抗剪性能,粘结层厚度的增加对铺装层的抗剪性能的影响不大。对试验的方法,有限元计算结果与试验结果进行对比分析,结果五种试验方法基本能评价铺装层的受力情况。

关键词：桥面铺装有限元分析斜剪试验剪应力分布

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波形钢腹板变截面连续体系梁桥剪力传递分析

波形钢腹板变截面连续体系梁桥剪力传递分析

作者：武海鹏郑州大学

学位级别：硕士

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥是一种新型组合结构桥梁，现有对波形钢腹板抗剪特性的研究通常只是进行简单定性的描述，偏保守地认为波形钢腹板承担截面上的全部剪力，混凝土顶底板不参与承剪，但是这与波形钢腹板箱梁结构实际受力... 详细信息

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥是一种新型组合结构桥梁，现有对波形钢腹板抗剪特性的研究通常只是进行简单定性的描述，偏保守地认为波形钢腹板承担截面上的全部剪力，混凝土顶底板不参与承剪，但是这与波形钢腹板箱梁结构实际受力状态有差异。本文依托武西高速公路桃花峪黄河大桥跨大堤桥工程，建立有限元模型，对波形钢腹板的剪力传递效率展开研究，主要工作内容及结论如下。1.总结波形钢腹板组合梁桥的发展概况，明确其技术特点，对国内外相关研究现状进行综述。国外研究主要集中在波形钢腹板的抗剪屈曲和极限承载力等方面，国内则侧重于对其静力特性方面的研究，并对其剪力传递做了一些定性的描述，然而这些研究大都是针对等截面小跨度简支梁进行的，对于大跨度变截面组合连续梁桥的研究较少。2.结合武西高速公路桃花峪黄河大桥跨大堤桥，分别应用Midas/Civil和Midas/FEA建立该桥的空间梁单元和实体单元有限元模型，将仅在自重和预应力作用下两种软件的计算结果进行对比分析，结果表明两种模型的计算结果趋近一致，可以作为后续剪力传递效率数值分析的理论模型。3.以Midas/FEA实体模型为基础，选取主梁代表性截面，考虑自重单独作用、自重和预应力共同作用及满布活载三种荷载工况，分析混凝土顶底板和波形钢腹板中的剪力传递情况，数据表明变截面效应下弯矩和轴力产生的附加剪应力对腹板剪应力分布影响较大，使得在梁高增加时波形钢腹板的承剪比下降，混凝土顶底板承剪份额增加，这与等截面波形钢腹板简支箱梁桥的剪力传递效率存在明显差异。4.推导变截面波形钢腹板箱梁剪应力计算公式，将其与FEA模型数值解和依据等截面剪应力计算公式所得的计算结果进行对比，验证公式的正确性。

关键词：波形钢腹板剪应力分布剪力传递效率剪应力计算公式

任意形状薄壁杆件截面剪应力不均匀系数μ的计算

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建筑结构 1999年第7期29卷 53-54页

作者：蒋通宋亚新同济大学结构理论研究所上海200092

介绍一种计算任意形状薄壁杆件截面剪应力分布的有限元位移法，根据剪应力分布的计算结果可容易地求得薄壁杆件截面剪应力分布不均匀系数μ。该方法可适用于任意截面形状且壁厚有变化的开口或闭口薄壁杆件。

关键词：薄壁杆件剪应力分布不均匀系数有限元法

波形钢腹板PC组合梁抗剪性能分析与试验研究

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波形钢腹板PC组合梁抗剪性能分析与试验研究

作者：崔景岩交通部公路科学研究院

学位级别：硕士

波形钢腹板组合箱梁以其自重轻、受力明确、预应力效率高、施工周期短等优势，在国内外得到了广泛的研究和应用。我国对该结构的研究起步较晚，但通过各方的努力，在波形钢腹板组合梁的抗弯、抗剪、抗扭及动力性能等方面取得一系列的科... 详细信息

波形钢腹板组合箱梁以其自重轻、受力明确、预应力效率高、施工周期短等优势，在国内外得到了广泛的研究和应用。我国对该结构的研究起步较晚，但通过各方的努力，在波形钢腹板组合梁的抗弯、抗剪、抗扭及动力性能等方面取得一系列的科研成果，在我国展现出蓬勃发展的态势。以往对波形钢腹板的抗剪性能研究多集中在剪切屈曲方面，例如剪切屈曲形式、破坏形式、影响因素、剪切屈曲强度计算方法等，对波形钢腹板组合梁截面抗剪性能研究较少，顶底混凝土板、波形钢腹板三者间剪力分担比例需要进一步研究，同时对于偏载作用下波形钢腹板剪应力偏大系数计算方法并没有明确，已有的混凝土腹板箱梁偏载增大系数计算方法是否适用需要进一步的研究。因此，本文以自然科学基金项目“波形钢腹板组合梁长期性能分析与试验研究”为依托，进行了波形钢腹板PC组合梁、波形钢腹板RPC组合梁和普通混凝土腹板箱梁的静力加载试验，结合有限元理论分析，研究对称和偏心加载作用下的波形钢腹板剪应力分布、腹板剪力分担比例及腹板剪应力偏载增大系数，并选取实桥进行相关计算分析和工程验证。研究表明：1)有限元理论分析与试验结果吻合性较好，波形钢腹板剪应力沿腹板高度方向分布较均匀;剪应力沿腹板纵向分布受到弯起预应力筋、腹板厚度、横隔板、顶底板厚度等因素的影响和制约;波形钢腹板相邻直板段和水平段在梁的横截面上剪应力分布存在一定比例关系，近似为波折角的余弦值;不同的顶底板混凝土材料，如C50、RPC，对波形钢腹板剪应力分布影响较小，分布近似相同。 2)通过有限元分析及试验验证，试验梁波形钢腹板剪力分担比例为79%3%范围内，平均值为82%，与广西隆百路2号高架桥、桃花峪跨大堤桥的计算结果平均值近似81%;波形钢腹板分担了截面较大比例的剪力，波形钢腹板按分担截面全部剪力进行设计，具有一定的安全储备;不同的加载方式(中载、偏载)和不同顶底板材料(普通混凝土、RPC)均对截面腹板剪力分担比例影响较小，但腹板剪力分担比例受到腹板厚度、横隔板、顶底板厚度等因素的影响和制约。 3)波形钢腹板剪应力偏载效应明显。波形钢腹板剪应力偏载增大系数不是固定值，与截面形式、箱梁宽度、结构形式以及纵向位置有关。针对本文研究的试验梁形钢腹板剪应力偏载增大系数为1.26.30;针对实体工程，广西隆百路2号桥的波形钢腹板剪应力偏载增大系数为1.21.42，桃花峪跨大堤桥为1.30.40。

关键词：波形钢腹板静力试验有限元分析剪应力分布分担比例偏载系数

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新月形沙丘风场的数值模拟

新月形沙丘风场的数值模拟

作者：江丽娟兰州大学

学位级别：硕士

沙粒运动,气流和地表形态三者是相互耦合的关系,特别是对沙丘附近流场的研究有利于认识沙粒的侵蚀和沉积,进而探明沙丘形成和移动机制。而目前对新月形沙丘流场的详细分析较少,如迎风坡气流加速过程和影响回流区长度的因素,以及沙丘背... 详细信息

沙粒运动,气流和地表形态三者是相互耦合的关系,特别是对沙丘附近流场的研究有利于认识沙粒的侵蚀和沉积,进而探明沙丘形成和移动机制。而目前对新月形沙丘流场的详细分析较少,如迎风坡气流加速过程和影响回流区长度的因素,以及沙丘背风坡的保护区长度等。本文利用通用CFD软件FLUENT数值模拟了二维和三维孤立新月形沙丘附近的流场。第二章侧重于前坡气流加速特征的讨论,如沙丘高度、沙丘迎风坡坡度以及坡前来流风速对摩阻加速因子的影响,并由摩阻加速因子与上述因素的相关性拟合出了摩阻加速因子的公式;第三章分析了背风坡回流区长度和保护区长度与沙丘高度、来流风速之间的关系等;第四章则初步探讨了三维新月形沙丘表面流场结构,主要分析了侧坡风速沿着沙丘高度加速情况,同时也比较了同一高度处侧坡风速与迎风坡风速之间的关系;对沙丘表面的剪应力分布也进行了初步分析讨论。结果表明:对于二维的数值模拟,沙丘高度是影响迎风坡气流加速的主要因素,沙丘高度越高,迎风坡气流加速越大,而来流风速对迎风坡气流加速的影响与沙丘高度比较,是小量可以忽略;回流区长度和保护区与沙丘高度的比值随着高度的增加而增加。对于三维的数值模拟,气流绕沙丘有着明显的加速现象,并且沿着沙丘高度,加速程度呈现大-小-大的变化趋势。剪应力分布相对于二维来说,沿着y方向有着明显不同的分布。在沙丘中下部,侧坡剪应力比同一高度处的迎风坡和边缘线处的剪应力都要大;沿着高度的增加,三处的剪应力值有逐渐相等的趋势;两个丘臂尾部气流存在被加速的现象等。

关键词：数值模拟新月形沙丘气流加速剪应力分布回流区长度保护区长度侧坡风速绕流加速